Блок-схема микропрограммы выполнения двухадресной команды с записью результата на место первого операнда

Содержание.

Задание

Разработать блок устройства управления ЦП для 2-х адресной команды, где первый операнд задан прямой адресацией, а второй – базовой. Операция – умножение чисел в прямом коде. Результат необходимо записать на место первого операнда.

Теоретическая часть

Организация центрального процессора

Центральный процессор (ЦП) – это устройство, предназначенное для непосредственной обработки данных и работающее под управлением программ.

Основные узлы центрального процессора.

1. АЛУ – арифметико-логическое устройство

2. УУ – устройство управления

3. УР – управляющие регистры

· СчК – счётчик команд

· РК – регистр команд

4. РОНы – регистры общего назначения

5. Вспомогательные блоки

· Блок связи ЦП и ОП

· Система прерывания

· Блок контроля и диагностики

· и т.д.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Предназначается для выполнения арифметических и логических операций над данными. В АЛУ выполняются операции с фиксированной точкой и с плавающей точкой, а также операции двоично-десятичной арифметики, логические операции, обработка алфавитно-цифровой информации.

Устройство управления (УУ).

Предназначается для выработки управляющих сигналов, под воздействие которых выполняются машинные команды

Основные этапы выполнения машинной команды.

1 этап: выбор машинной команды из памяти

2 этап: дешифрация кода операции

3 этап: формирование исполнительного адреса и выбор операндов

4 этап: непосредственное выполнение операции в АЛУ

5 этап: запись результата

Регистры общего назначения (РОНы).

РОНы-это программно-адресуемые регистры, предназначенные для хранения операндов, результатов, а также для хранения индекса, базы (используются при вычислении адреса).

Управляющие регистры

Счётчик команд (СчК) – хранит адрес следующей выполняемой команды.

Регистр команд (РК) – хранит текущую выполняемую команду.

Вспомогательные блоки

К ним относится блок прерывания, блок связи центрального процессора (ЦП) и оперативной памяти (ОП), блок контроля и диагностики и т.д.

Организация операционной части центрального процессора

Команды ЭВМ.

Машинная команда – это двоичный код, который включает в себя операционную часть и адресную часть.

Команда должна задавать операцию и операнды. Обычно операция задается номером (кодом) операции во множестве операций, определенных для операционного устройства. Если операнды, используемые в операции, являются результатами ранее выполненных операций (тип операндов – переменная), то они задаются номерами (адресами) зарезервированных для них ячеек памяти. Если операнд известен до выполнения операции, то он может задаваться в команде своим значением (непосредственный операнд).

В случае двухместной операции команда должна задавать (явно или неявно):

1. Операцию,

2. Адрес или значение первого операнда,

3. Адрес или значение второго операнда,

4. Адрес сохранения результата,

5. Адрес следующей команды (или двух альтернативных адресов команды для реализации ветвлений).

операционная адресная

часть часть

Поле А1 – адрес первого операнда

Поле А2 – адрес второго операнда

Поле А3 – адрес результата

Поле А4 – адрес следующей выполняемой команды

В адресной части содержится информация об адресах операндов и результатов. Различаются следующие типы команд:4-х адресные,3-х адресные,2-х адресные, одноадресные и безадресные команды.

4-х адресные команды.

Если все перечисленные выше адреса задаются явно (соответствующими полями), то команда имеет четырехадресную структуру. Два альтернативных адреса следующей команды необходимы для реализаций ветвлений.

3-х адресные команды.

В 3-х адресной команде отсутствует А4. При использовании 3-х адресной команды добавляется дополнительное устройство – счётчик команд и дополнительно появляются команды перехода.

2-х адресные команды.

Поле А3 – отсутствует. Результат записывается на место 1-го или 2-го операнда. При этом операнд затирается и если его необходимо использовать в дальнейшем, он предварительно должен быть сохранён.

Одноадресные команды.

Есть только поле А1. В структуру ЦП вводится дополнительный регистр аккумулятор (РА), на который предварительно дополнительной командой засылается второй операнд.

Результат записывается на место либо первого операнда, либо в аккумулятор.

Безадресные команды.

Имеется только поле кода операции. Стек используется для хранения операндов и записи результата.

Способы адресации.

Различают понятия: адресный код в команде и исполнительный адрес операнда.

Адресный код в команде - это информация об адресе. Исполнительный адрес операнда – это физический адрес ячейки памяти, в которой хранится операнд или в которую необходимо записать результат. Адресация может быть:

Прямая адресация

В адресном поле команды Ai задаётся исполнительный адрес операнда.

Непосредственная адресация

В адресном поле команды задается непосредственно сам операнд.

Косвенная адресация

В адресном поле команды задается адрес ячейки оперативной памяти (ОП), в которой хранится адрес операнда. Иначе, эта адресация называется адрес адреса.

Регистровая адресация

В структуру ЦП дополнительно вводятся регистры общего назначения (РОНы). Они вводятся для того, чтобы сократить время выбора операндов по сравнению с ОП и сократить размер поля Ai для кодирования номера РОНа.

Базовая адресация

Базовая адресация – обеспечивает перемещаемость программ в памяти. При базовой адресации операнды хранятся в ОП. Для вычисления исполнительного адреса операнда необходимо к содержимому базового регистра прибавить смещение, которое выбирается из адресного поля команды.

Исполнительный адрес [ИА] - в адресном поле явно не задан. Bi – номер базового регистра. (Вi)- база (содержимое базового регистра)

ИА=(Bi) + Di

Индексная адресация

Индексная адресация - используется при работе с массивами, таблицами. Исполнительный адрес операнда вычисляется аналогично базовой адресации.

Xi – номер индексного регистра. (Xi)-индекс (содержимое индексного регистра)

ИА=(Xi) + Di

Базово – индексная адресация

(Xi) – индекс (содержимое индексного регистра). (Bi) – база (содержимое базового регистра). Di – смещение выбирается из команды и подаётся на АЛУ

ИА = (Xi) + (Bi) + Di

Косвенно – регистровая адресация

В адресном поле команды указывается номер РОНа, который содержит адрес операнда, хранящийся в ОП (оперативной памяти). Если нужно записать результат на место операнда с косвенно – регистровой адресацией, то результат записывается в ОП, а не в РОНы.

Организация устройства управления

Центральный процессор, как и любое другое устройство обработки цифровой информации, включает в себя две основные части:

· операционную часть (операционное устройство);

· управляющую часть (устройство управления).

Операционная часть состоит из регистров, счётчиков, сумматоров, дешифраторов и связей между ними. Операционная часть функционирует под воздействием управляющих сигналов, которые вырабатывает управляющее устройство. Операционная часть выполняет заданную микропрограмму, состоящую из микрокоманд.

Микрокоманда включает в себя одну или несколько микроопераций. Микрооперация – это элементарная функциональная операция, выполняемая под воздействием одного управляющего сигнала в течение одного такта. Если в течение одного такта выполняется несколько микроопераций под воздействием различных управляющих сигналов, то они объединяются в одну микрокоманду.

Устройство управления(УУ) служит для выработки последовательности управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются микрооперации. В зависимости от способа выработки управляющего сигнала различают 2 основных подхода к построению УУ:

· микропрограммная реализация УУ;

· аппаратная реализация УУ (схемная реализация или УУ с жёсткой логикой).

Микропрограмма, состоящая из микрокоманд, записывается в память микрокоманд. Каждая микрокоманда состоит из двух частей: управляющей части, где кодируются управляющие сигналы Vi и адресной части.

В адресной части микрокоманды кодируется адрес ячейки памяти, где хранится следующая выполняемая микрокоманда.

Адрес из регистра микрокоманд (РМК) через линию задержки в следующем такте поступает на РАМК. И после его дешифрации из памяти микрокоманды, в соответствии с этим адресом на РМК считывается очередная микрокоманда.

Из управляющей части микрокоманды управляющие сигналы подаются на вентили в операционную часть ЦП, а из адресной части на регистр адреса микрокоманд в следующем такте заводится адрес следующей выполняемой микрокоманды.

Горизонтальный подход к реализации микропрограммного устройства

управления.

Для каждого управляющего сигнала в управляющей части отводится отдельный разряд. Если в некотором такте управляющий сигнал должен быть равен 1, то в соответствующем разряде записывается 1. Таким образом, количество разрядов в управляющей части соответствует числу управляющих сигналов.

При такой организации можно совмещать микрооперации во времени.

Достоинство: высокое быстродействие за счёт возможности сокращения микропрограммы во времени и уменьшения длины микропрограммы.

Недостатки: требуется большая ёмкость памяти для хранения микрокоманды, так как реально совместить большое количество микроопераций в одной микрокоманде не удаётся.

Организация АЛУ для выполнения операции умножения чисел в прямом коде

Алгоритм умножения двоичных чисел с фиксированной запятой, представленных в прямом коде:

1. Определение знака произведения путем сложения по модулю 2 знаковых разрядов множимого и множителя.

2. Обнуление знаковых разрядов отрицательных операндов.

3. Выполнение операции умножения чисел, представленных в прямом коде.

В каждом цикле выполнения операции умножения анализируется очередная цифра множителя. Если очередная цифра множителя равна 1, то к сумме частичных произведений прибавляется множимое, в противном случае прибавляется ноль. Цикл завершается сдвигом суммы частичных произведений вправо, либо сдвигом множимого относительно суммы частичных произведений.

При выполнении операции умножения будем сдвигать сумму частичных произведений и анализировать разряды множителя, начиная с младшего разряда.

Операнды в АЛУ записываются в прямом коде. Множимое хранится в Р1, множитель в регистре Р2. Результат операции умножения будет формироваться в регистрах РС и Р2, в РС – старшая часть, в Р2 – младшая.

Анализ множителя начинается с младшего разряда, т. е. на каждом шаге анализируется нулевой разряд регистра Р2 и после анализа содержимое этого регистра сдвигается вправо на один разряд. Если нулевой разряд регистра Р2 равен 1, то к сумме частичных произведений прибавляется множимое, а если в нулевом разряде множителя стоит 0, то к сумме частичных произведений прибавляется 0.

Знак произведения формируется в результате анализа знаков сомножителей. Если сомножители имеют одинаковые знаки, то произведение получится положительным, если знаки различны – произведение будет отрицательным. После определения знака результата знаковые разряды сомножителей обнуляются и умножение производится над положительными числами.

Число циклов выполнения операции умножения равно n. Это объясняется тем, что до этапа коррекции (после выполнения (n-1) циклов) требуется сдвиг на 1 разряд вправо в связи с тем, что знаковый разряд обнуляется в начале выполнения операции

После выполнения операции осуществляется запись результат в ОП. Она происходит последовательно: запись старшей части произведения по адресу первого операнда, увеличение адреса на 4, запись младшей части произведения по полученному адресу.

Блок-схема микропрограммы выполнения двухадресной команды с записью результата на место первого операнда.

Первый операнд: прямая адресация.

Второй операнд: базовая адресация.

2.1. Микропрограмма выполнения двухадресной команды без совмещения микроопераций во времени.

Блок схема микропрограммы без совмещения во времени представлена на рисунках 2.1.1 и 2.1.2

Рисунок 2.1.1

Рисунок 2.1.2

Поиск по сайту: